連續(xù)級配橡膠顆粒瀝青混合料抗剝落性能研究

劉文俊

(內(nèi)蒙古路橋有限責任公司，呼和浩特 010050)

對于將橡膠顆粒摻入到瀝青混合料中的技術，在國內(nèi)已經(jīng)進行了一系列的初步研究[1-7]。橡膠顆粒瀝青混合料的加工工藝簡單，既可以消耗大量的廢舊輪胎，減少廢舊輪胎引起的環(huán)境破壞，還具有比普通瀝青混合料更為優(yōu)良的路用性能和使用性能。

此外，在橡膠顆粒高阻尼、大彈性的影響下，混合料對輪胎與路面之間的振動噪聲能夠起到更好地衰減作用。但前期國外和國內(nèi)科研人員的相關研究還是以間斷級配的小粒徑的橡膠顆粒(橡膠粉)瀝青混合料或者橡膠瀝青為主，并沒有過多的關注大粒徑的橡膠顆粒瀝青混合料。而連續(xù)級配大粒徑橡膠顆粒與之相比，在橡膠顆粒的加工、混合料的生產(chǎn)過程中具有更低的成本和更為成熟的工藝，且能取得更好的降噪除冰效果。

對于大粒徑的橡膠顆粒而言，由于其本身的較大的彈性變形幅度，在混合料中較易發(fā)生剝落，從而影響了混合料的整體穩(wěn)定性和正常路用性能的發(fā)揮。因此，從提高橡膠顆粒瀝青混合料抗剝落性能的角度出發(fā)，針對工程中常用的抗剝落劑對橡膠顆粒瀝青混合料的改善效果進行研究，該研究成果對于該種混合料的進一步推廣和應用可提供一定的指導。

1 原材料與礦質(zhì)混合料級配

按地理位置劃分，內(nèi)蒙古呼和浩特市屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，按溫度和降雨量劃分，屬于夏熱冬冷半干(2-3-3)氣候區(qū)。道路施工材料的選擇要考慮當?shù)氐臍夂驐l件。結(jié)合呼和浩特市氣候特點，試驗中粗集料的材質(zhì)屬于玄武巖，細集料的材質(zhì)為石灰?guī)r，礦粉由石灰?guī)r磨制加工而成，選擇的原材料各項指標按相應試驗規(guī)程檢驗均滿足要求。橡膠顆粒來源于廢舊輪胎胎側(cè)橡膠，其主要成份包括70%的丁苯橡膠和30%的天然橡膠。瀝青選用克拉馬依90號瀝青。橡膠顆粒的粒徑選為4目(公稱直徑4.75 mm)。橡膠顆粒的摻量在混合料的中的摻量為3%，采用內(nèi)摻法[8]。本研究采用的混合料級配曲線如圖1所示。

圖1 混合料級配曲線

2 橡膠顆粒瀝青混合料抗剝落性能研究

橡膠顆粒瀝青混合料是用瀝青、橡膠瀝青(橡膠和瀝青在高溫下發(fā)生化學反應形成的高分子聚合物)作為結(jié)合料，將集料、礦粉和橡膠顆粒拌合在一起形成的一種混合料，瀝青、橡膠瀝青與集料的抗剝離能力合格與否是評價路面正常應用的一個重要前提。近幾年，隨著高速公路發(fā)展突飛猛進，空氣中酸性化學成分的增多，以及車輛向著重載方向發(fā)展，對路面材料的抗剝落能力要求越來越高。本文選取目前道路中較常用的石灰、聚酰胺和Morlife300 3種抗剝落分別加入到橡膠顆粒瀝青混合料中，研究提高橡膠顆粒瀝青混合料抗剝落的性能，為該種混合料的應用進一步做鋪墊。

2.1 抗剝落性能檢測方法的選擇

結(jié)合現(xiàn)有研究成果，選擇加入抗剝落劑的摻量[8-9]。聚酰胺和Morlife300分別按混合料中瀝青質(zhì)量的0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，石灰按混合料的總質(zhì)量的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%加入到橡膠顆粒瀝青混合料中，與普通橡膠顆粒瀝青混合料進行對比試驗。橡膠顆粒瀝青混合料的剝落主要源于水損害，因此，可以采用水穩(wěn)定性評價方法評價橡膠顆粒瀝青混合料的抗剝落性能。水穩(wěn)定性試驗是以不同的方式模擬瀝青混合料在荷載、溫度和水的共同作用下的破壞情況，該類試驗既可以用于檢驗石料與瀝青的粘附性能，同時對于混合料的整體粘結(jié)力也可表征[10]。現(xiàn)有研究中采用的評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的方法較多[11-13]，結(jié)合試驗條件、各種方法的優(yōu)缺點，浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗所采用的指標的敏感程度更高，在道路試驗中應用更為廣泛，因此，本研究選用這兩個試驗來評價橡膠顆粒瀝青混合料的抗剝落性能。

2.2 試驗結(jié)果及其分析

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進行試驗，橡膠顆粒、瀝青及集料的摻加順序、拌合成型工藝按文獻[7]的研究成果進行，試驗結(jié)果見表1和表3及如圖2、圖3和圖4所示。

表1 聚酰胺對橡膠顆粒瀝青混合料殘留穩(wěn)定度的影響

圖2 聚酰胺對橡膠顆粒瀝青混合料凍融劈裂強度比的影響

在橡膠顆粒瀝青混合料中摻入聚酰胺，一方面，可以增加瀝青與礦料之間的粘附力；另一方面，聚酰胺中都含有極性基團和非極性基團。非極性基團和瀝青的親和力強，易于和瀝青結(jié)合，而極性基團和集料表面間具有很強的親合力，在其作用下，極性基團能定向地排列在礦料表面，從而降低了礦料與瀝青界面間的自由能。從由表1和圖2可以看出，隨著聚酰胺摻量的增加，橡膠顆粒瀝青混合料抗剝落性呈現(xiàn)增大的趨勢，說明聚酰胺能夠明顯的提高橡膠顆粒瀝青混合料的抗剝落性能。

表2 Morlife300對橡膠顆粒瀝青混合料殘留穩(wěn)定度的影響

圖3 Morlife300對橡膠顆粒瀝青混合料凍融劈裂強度比的影響

Morlife300是一種高性能主動抗水型抗剝落劑，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和特殊的排斥水分組份，是采用非傳統(tǒng)聚胺化學技術生產(chǎn)的一種路用產(chǎn)品。由表2和圖3可知，Morlife300改善橡膠顆粒瀝青混合料的抗剝落性能與聚酰胺具有相似性，隨著Morlife300摻量的增加，橡膠顆粒瀝青混合料抗剝落性也呈現(xiàn)增大的趨勢，對照表1和圖2可以發(fā)現(xiàn)，Morlife300對橡膠顆粒瀝青混合料的抗剝落性能的改善程度比聚酰胺要弱。

表3 石灰對橡膠顆粒瀝青混合料殘留穩(wěn)定度的影響

圖4 石灰對橡膠顆粒瀝青混合料凍融劈裂強度比的影響

石灰主主要是通過在混合料中發(fā)生的各種化學反應促使集料表面形成多孔粗糙結(jié)構(gòu)，通過加強微孔對周圍物質(zhì)的吸附能力來提高瀝青混合料抗剝落性。由表3和圖4可知，石灰作為一種抗剝落劑在橡膠顆粒瀝青混合料中使用時，不應該摻加的過多，當超過0.4%時，石灰所導致的混合料的抗剝落性反而降低。這是由于在橡膠顆粒瀝青混合料中，如果石灰摻量過多，在混合料中發(fā)生反應硬化后，在外力作用下，橡膠顆粒瀝青混合料與普通瀝青混合料相比發(fā)生更大的彈性變形，能夠使硬化部分產(chǎn)生較多的裂縫而發(fā)生碎裂，從而導致其抗剝落性能不是升高而是降低?？梢?，如果要發(fā)揮石灰對橡膠顆粒瀝青混合料抗剝落性的作用，石灰的用量應先限制在0.4%左右。

3 結(jié) 論

連續(xù)級配大粒徑橡膠顆粒瀝青混合料比普通瀝青混合料更易松散剝落，這是該類混合料的一個突出弱點。本文通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗對橡膠顆粒瀝青混合料中分別摻入0.5%以內(nèi)的聚酰胺和Morlife300和1.0%以內(nèi)的石灰3種成分后的抗剝落性能進行了研究，結(jié)果表明：

(1)聚酰胺能夠提高橡膠顆粒瀝青混合料的抗剝落性，且其摻量越多，橡膠顆粒瀝青混合料的抗剝落性能越好。

(2)隨著Morlife300摻量的增加，橡膠顆粒瀝青混合料抗剝落性逐漸提高。但Morlife300對橡膠顆粒瀝青混合料的抗剝落性能的改善程度比聚酰胺要弱。

(3)橡膠顆粒瀝青混合料的抗剝落性能隨著石灰摻量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，石灰的適宜摻量在0.4%左右。

【參 考 文 獻】

[1]Bennert T，Hanson D，Maher A，et al.Influence of pavement surface type on tire/pavement generated noise[J].Journal of Testing and Evaluation，2005，33(2)：94-100.

[2]高明星，朱守林，方淑艷，等.密實型廢舊橡膠顆粒瀝青混合料的降噪特性[J].南京林業(yè)大學學報(自然科學版)，2009，33(5)：113-116.

[3]顧義明，王國忠，高明星.橡膠顆粒瀝青混合料低溫力學性能的研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版)，2011，32(2)：220-223.

[4]高明星，徐海林，方淑艷，等.橡膠顆粒瀝青混合料吸聲降噪特性的研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版)，2010，31(4)：168-171.

[5]趙 婷，戚春華，高明星.基于路用性能確定橡膠顆粒瀝青混合料最佳瀝青用量方法的研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版)，2012，33(Z1)：192-196.

[6]于 敏，王國忠，高明星.橡膠顆粒瀝青混合料最佳瀝青用量確定方法的探討[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版)，2013，34(2)：129-133.

[7]高明星.連續(xù)級配橡膠顆粒瀝青路面降噪特性的研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，2009.

[8]許 云.瀝青混合料中摻入不同抗剝落劑性能的研究[J].中外公路，2009，29(5)：246-249.

[9]彭余華，王林中，余曉珊.Morlife300抗剝落劑性能[J].建筑材料學報，2011，14(2)：222-226.

[10]包秀寧，李燕楓，王哲人.瀝青混合料水損害試驗方法探究[J].廣州大學學報：自然科學版，2003，2(2)：157-159.

[11]許 濤，黃曉明.瀝青混合料水損害性評價方法研究[J].公路，2003，8(8)：13-17.

[12]陳 勇，陳尚江.北盤江大橋橋面鋪裝用澆注式瀝青混合料配合比設計應用[J].公路工程，2009，34(2)：30-33.

[13]黃開宇，吳超凡，彭紅衛(wèi)，等.抗車轍骨架密實性瀝青混合料配合比設計方法研究[J].公路工程，2010，35(1)：88-94.